Den eksakte levetidsmodellen

Transkript

1 Den eksakte levetidsmodellen Gro Markeset, Dr. ing. Leder for COIN-prosjekt: OPERASJONELL LEVETIDSDESIGN

2 For tidlig nedbrytning kan gi uønsket konsekvenser: Estetiske missfarging, oppsprekking og avskalling av betongoverflaten Sikkerhetsmessige heft/forankringsbrudd, redusert armeringstverrsitt og sammenbrudd Økonomiske Vegvesenets forskning: en økning av levetiden av brumassen med 1 år representerer en samfunnsmessig besparelse på 1 milliard kroner

3 Nedbrytning og levetid Nedbrytning av betong Terskelverdi/kritisk grense Tid COIN fokuserer på: CO CO 2 2 Cl - Cl - Kloridinitiert armeringskorrosjon Alkali tilslagsreaksjoner Initieringsfase Nedbrytningsfase O O2 2 H H 2O 2O

4 Terskelverdi/kritisk grense PhD-studium:Ueli Angst SERVICE LIFE OF CONCRETE STRUCTURES - Critical chloride content in reinforced concrete Etablere en metode til å bestemme kritisk kloridinnhold i betong Undersøke sammenhengen mellom spesifikk elektrisk motstand og kritisk kloridinnhold PhD-studium: Jan Lindgård ALKALI SILICA REACTIONS (ASR) - Performance based testing concept Etablere pålitelig ytelsestest ( performance ) for evaluering av alkalireaktiviteten av ulike betong/bindemiddel Undersøke akselererte ASReffekter for betong under varierende temperatur og fuktforhold

5 Workshop on Critical Chloride Content Inviterte foredragsholdere: Maria Cruz Alonso (Eduardo Torroja i Madrid) Luca Bertolini (Milano) Bernhard Elsener (ETH) Chris Page (Birmingham) Rob Polder (TNO) Josef Tritthart (Graz) Realfagsbygget, NTNU; juni, 2008

6 Kloridinitiert armeringskorrosjon Initieringsfasen beskriver inntrengning av klorider i betong. For nye konstruksjoner defineres levetid frem til oppstart av korrosjon. Nedbrytningsfasen beskriver nedbrytning av betong forårsaket av armeringskorrosjon. Den kan deles inn i flere faser: Opprissing, delaminering, heftbrudd og sammenbrudd Oppstart av korrosjon Tid Oppsprekking Nedbrytning Delaminering Heftbrudd Kritisk grense Sammenbrudd Initieringsfase Nedbrytningsfase

7 C der ( x,t) Initieringsfasen Modellering av kloridinntrengning (Fick s 2. lov) = C s 1 erf 2 x D(t) t t: tid fra første klorideksponering x: avstand fra klorideksponert betongoverflate C s : kloridkonsentrasjon på betongoverflaten D(t): diffusjonskoeffisient for klorid ved tiden t D : o diffusjonskoeffisient bestemt ved tiden t 0 t 0 : refereranseperiode α : aldringsfaktor Initiering av korrosjon når: C D(t) D(t) c: armeringsoverdekning C cr : kritisk kloridkonsentrasjon (terskel verdi) = = ( c,t) Ccr D D 0 0 t0 t α konstant diffusjon tidsavhengig diffusjon

8 Kloridkonsentrasjon på betongoverflaten Kloridinnhold Cl - i % av betongvekt I Måledata fra bruer (Kilde: Statens vegvesen) II Kloridinnholdet varierer med avstand til sjø. Stor spredning i resultatene III Høyde over havet [meter]

9 Eksempel på variasjonsområde for kritisk kloridinnhold Sannsynlighet for korrosjon 100 % 80 % 60 % 40 % 20 % Målinger fra norsk kai LN(0.77,32%) Erfaringsområde /Browne/ 0 % - 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Kritisk kloridinnhold [% vekt av sement]

10 Fick s 2. lov om kloriddiffusjon Deterministisk vs. probabilistisk Deterministisk analyse bør benyttes når konstruksjonens egenskaper (material, geometri og last) alle er entydig fastlagt. Probabilistisk analyse - bør benyttes når en eller flere av konstruksjonens egenskaper er av en viss tilfeldig eller ufullstendig kjent natur. På grunn av usikkerhet og stor spredning i måleresultater beskrives inngangsparameterne i Fick s 2. lov best ved hjelp av statistiske modeller

11 Pålitelighetsbasert levetidsberegning basert på statistisk modellering av inngangsparametere Effekt av kritisk kloridinnhold (% av sementvekt) middelverdi 10% sannsynlighet for korrosjon 20mm forskjell i nødvendig overdekning avhengig av Ccr

12 Nedbrytningsfasen Modellering av korrosjonsprosessen, oppsprekking og bæreevne av korrosjonsskadet betong krever kunnskaper innen: elektrokjemi, metallurgi, sementkjemi, betongteknologi, betongmekanikk og konstruksjonsteknikk Korrosjonsprodukt Cl Passiv film Katode Armering Pit Anode

13 Modellering og beregning av nedbrytning og bæreevne for armert betong PhD-studium: Irina Sæter (NORUT/NTNU): Development of numerical methods for simulation of deterioration and repair of concrete structures attacked by reinforcement corrosion Masteroppgave 2008 (NTNU): Beregning og undersøkelse av Stølstraumen bru

14 Den eksakte levetidsmodellen? Vi har kommet langt med å modellere tid frem til korrosjonsinitiering, men gode statiske data for inngangparametrene mangler. Selve korrosjonsprosessen har vi ingen gode modeller for så langt. Andre nedbrytningsmekanismer mangler gode modeller. Vi jobber i COIN for å få modellene så pålitelige og operasjonelle som mulig!